RU2595699C1 - Membrane gas-separating module - Google Patents

Membrane gas-separating module Download PDF

Info

Publication number
RU2595699C1
RU2595699C1 RU2015121552/05A RU2015121552A RU2595699C1 RU 2595699 C1 RU2595699 C1 RU 2595699C1 RU 2015121552/05 A RU2015121552/05 A RU 2015121552/05A RU 2015121552 A RU2015121552 A RU 2015121552A RU 2595699 C1 RU2595699 C1 RU 2595699C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
membrane
gas
membrane cartridges
cartridges
Prior art date
Application number
RU2015121552/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Алексеевич Пигарев
Алексей Валентинович Букин
Сергей Станиславович Толстов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Газпром"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Газпром" filed Critical Публичное акционерное общество "Газпром"
Priority to RU2015121552/05A priority Critical patent/RU2595699C1/en
Priority to US15/526,278 priority patent/US9987596B2/en
Priority to JP2017545849A priority patent/JP6467518B2/en
Priority to CA2962256A priority patent/CA2962256C/en
Priority to PCT/RU2015/000863 priority patent/WO2016195535A1/en
Priority to CN201580074117.7A priority patent/CN107206310B/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595699C1 publication Critical patent/RU2595699C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • B01D63/043—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies with separate tube sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/003—Membrane bonding or sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B01D69/081—Hollow fibre membranes characterised by the fibre diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D2053/221—Devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/11—Noble gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/041—Gaskets or O-rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/20—Specific housing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/44—Cartridge types
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2319/00—Membrane assemblies within one housing
    • B01D2319/04—Elements in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to devices for separation of gas mixtures by means of hollow fibre membranes. Membrane gas-separating module comprises a horizontal casing with end covers and membrane cartridges made of a bundle of hollow fibers and located mirror-like relative to the centre. Housing has symmetrical end sections of larger diameter, conjugated by conical transition sections with the central section of smaller diameter. Herewith the length of the end sections corresponds to the length limited by the end of the housing and the input zone of membrane cartridges, and the inner diameter of the central section is made with possibility of simultaneous free mounting/dismantling of the membrane cartridges and their tight fit in the place of seal washers presence. Feed gas inlet pipes are arranged on the housing end sections perpendicular to its longitudinal axis opposite the inlet zones of membrane cartridges, permeate outlet pipes are arranged on end sections of the housing near the end covers perpendicular to the housing longitudinal axis.
EFFECT: technical result is the reduction of weight and size of membrane module and the whole gas-separation device.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения газовых смесей с помощью половолоконных мембран и может использоваться в химической, нефтяной, газовой, и других отраслях промышленности. Более конкретно, изобретение относится к конструкции мембранного газоразделительного модуля, который может применяться, например, в установках мембранного выделения гелиевого концентрата.The invention relates to a device for separating gas mixtures using hollow fiber membranes and can be used in chemical, oil, gas, and other industries. More specifically, the invention relates to the construction of a membrane gas separation module, which can be used, for example, in membrane separation plants for helium concentrate.

В настоящее время особое внимание уделяется рациональному использованию природных ресурсов, в том числе при их добыче, переработке и транспортировке. Гелий является сырьевым компонентом, востребованным во многих отраслях промышленности, именно поэтому актуальной проблемой остается разработка таких технических решений, применение которых позволит наиболее эффективно перерабатывать природный газ с целью максимального извлечения из него гелия.Currently, special attention is paid to the rational use of natural resources, including during their extraction, processing and transportation. Helium is a raw material component that is in demand in many industries, which is why the development of technical solutions that will allow the most efficient processing of natural gas in order to maximize the extraction of helium from it remains an urgent problem.

Для решения подобной задачи могут успешно применяться технологии и конструкции устройств мембранного газоразделения.To solve this problem, technologies and designs of membrane gas separation devices can be successfully applied.

Такие устройства в блочном исполнении содержат мембранную стойку, арматурный узел, площадки обслуживания, внутриблочные трубопроводы. Мембранная стойка представляет собой сборку из нескольких параллельно установленных мембранных модулей, объединенных трубопроводами и коллекторами входа разделяемой газовой смеси (сырьевого газа), выхода подготовленного газа (ретентата) и выхода газа, обогащенного гелием (пермеата). Мембранный газоразделительный модуль содержит вертикально или горизонтально расположенный цилиндрический корпус, торцовые крышки, мембранный картридж, расположенный внутри корпуса и выполненный в виде пучка полых полимерных волокон, расположенных вокруг осевой перфорированной трубы внутри цилиндрической гильзы, между картриджем и крышкой установлены упорные элементы. Ввод сырьевого газа и вывод пермеата осуществляют, как правило, через каналы патрубков, объединенных с торцовыми крышками, вывод ретентата производят через патрубок, расположенный перпендикулярно к продольной оси корпуса.Such devices in block execution contain a membrane rack, a reinforcing unit, service platforms, intra-unit pipelines. A membrane stand is an assembly of several parallel-mounted membrane modules, combined by pipelines and collectors of the inlet of the shared gas mixture (raw gas), the outlet of the prepared gas (retentate) and the outlet of the gas enriched with helium (permeate). The membrane gas separation module contains a vertically or horizontally located cylindrical body, end caps, a membrane cartridge located inside the body and made in the form of a bundle of hollow polymer fibers located around an axial perforated pipe inside a cylindrical sleeve, stop elements are installed between the cartridge and the cover. The input of raw gas and the output of permeate is carried out, as a rule, through the channels of the nozzles combined with the end caps, the withdrawal of the retentate is carried out through a pipe located perpendicular to the longitudinal axis of the housing.

Для обеспечения надежности работы оборудования, снижения массогабаритных характеристик, оперативного и безопасного монтажа/демонтажа как отдельных конструктивных элементов, так и устройства в целом при проведении регламентных работ, подобные конструкции требуют постоянного усовершенствования.To ensure the reliability of the equipment, reduce the overall dimensions, prompt and safe installation / dismantling of both individual structural elements, and the device as a whole during routine maintenance, such structures require constant improvement.

Известно устройство для очистки газовой смеси с помощью параллельно соединенных мембранных газоразделителей (патент на полезную модель RU №149982 от 27.01.2015), которое выбрано заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Каждый мембранный газоразделитель содержит корпус, штуцеры, соединенные с соответствующими патрубками, и, по крайней мере, два мембранных газоразделительных картриджа, установленных зеркально по отношению к центру. Каждый картридж содержит цилиндрический пучок полых волокон и две торцовые заливки, в которых загерметизированы концы полых волокон. На торцовой поверхности заливки, расположенной возле торцовой крышки модуля, концы полых волокон открыты для свободного выхода пермеата из внутреннего волоконного пространства, а в торцовой заливке на противоположном конце картриджа у центра модуля концы полых волокон загерметизированы полностью. Штуцеры исходного потока и потока ретентата расположены в центральной части корпуса, перпендикулярно его оси, а штуцеры пермеата расположены в торцовых крышках корпуса.A device for cleaning a gas mixture using parallel-connected membrane gas separators (utility model patent RU No. 149982 of 01/27/2015), which is selected by the applicant as the closest analogue. Each membrane gas separator comprises a housing, fittings connected to respective nozzles, and at least two membrane gas separation cartridges mounted mirror-wise in relation to the center. Each cartridge contains a cylindrical bundle of hollow fibers and two end fillings in which the ends of the hollow fibers are sealed. On the end surface of the fill, located near the end cover of the module, the ends of the hollow fibers are open for the permeate to freely exit from the inner fiber space, and in the end fill on the opposite end of the cartridge at the center of the module, the ends of the hollow fibers are completely sealed. The fittings of the initial flow and retentate flow are located in the central part of the housing, perpendicular to its axis, and the permeate fittings are located in the end caps of the housing.

Недостатком данного устройства является расположение штуцеров выхода пермеата в торцовых крышках корпуса. К указанным штуцерам присоединяются соответствующие трубопроводы, которые при монтаже/демонтаже торцовой крышки корпуса также необходимо монтировать/демонтировать, что приводит к увеличению трудоемкости этих операций. Кроме того, штуцеры выхода пермеата в торцовых крышках корпуса и присоединяемые к ним трубопроводы увеличивают габаритную длину мембранных модулей и всего газоразделительного устройства в целом.The disadvantage of this device is the location of the permeate outlet fittings in the end caps of the housing. Corresponding pipelines are connected to the indicated fittings, which, when mounting / dismounting the end cover of the housing, must also be mounted / dismantled, which leads to an increase in the complexity of these operations. In addition, the permeate outlet fittings in the end caps of the housing and the pipelines connected to them increase the overall length of the membrane modules and the entire gas separation device as a whole.

Еще одним недостатком данного устройства является расположение штуцера входа сырьевого газа в центральной части корпуса. Для прохода сырьевого газа от штуцера входа до входной зоны картриджа, которая расположена ближе к торцу модуля, внутри корпуса образован канал в виде кольцевого зазора между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью экранированной зоны картриджа, расположенной ближе к центру модуля. Наличие этого кольцевого канала обуславливает увеличение диаметра корпуса относительно диаметра картриджа в месте расположения экранированной зоны картриджа, и, следовательно, увеличение массы мембранного модуля, а также всего газоразделительного устройства в целом. Кроме того, в мембранных картриджах выходные патрубки ретентата соединены втулкой, наличие которой усложняет конструкцию и увеличивает длину мембранного модуля.Another disadvantage of this device is the location of the raw gas inlet fitting in the central part of the housing. For the passage of raw gas from the inlet fitting to the cartridge inlet zone, which is located closer to the end of the module, a channel is formed inside the housing in the form of an annular gap between the inner surface of the housing and the outer surface of the shielded zone of the cartridge located closer to the center of the module. The presence of this annular channel causes an increase in the diameter of the housing relative to the diameter of the cartridge at the location of the shielded area of the cartridge, and, consequently, an increase in the mass of the membrane module, as well as the entire gas separation device as a whole. In addition, in the membrane cartridges, the retentate outlet pipes are connected by a sleeve, the presence of which complicates the design and increases the length of the membrane module.

При проведении заявителем информационного поиска, конструкций мембранных газоразделительных модулей, характеризующихся всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения, не выявлено.When the applicant carried out an information search, membrane gas separation module designs, characterized by the totality of the essential features of the claimed technical solution, were not identified.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование конструкции единичного мембранного модуля, обеспечивающего эффективную и надежную работу в составе блочного газоразделительного устройства.The technical problem to which the present invention is directed is to improve the design of a single membrane module that provides efficient and reliable operation as part of a block gas separation device.

Поставленная задача решается за счет предлагаемого изобретения, согласно которому в мембранном газоразделительном модуле такие известные признаки, как горизонтально расположенный цилиндрический корпус, торцовые крышки, по меньшей мере, два мембранных картриджа с входной и экранированной зонами, расположенные внутри корпуса зеркально относительно центральной поперечной оси и содержащие цилиндрические пучки полых волокон, концы которых загерметизированы в торцовых заливках таким образом, что на торцовой поверхности заливки, расположенной возле торцовой крышки модуля, концы загерметизированных полых волокон открыты, а в торцовой заливке на противоположном конце картриджа у центра корпуса концы полых волокон загерметизированы полностью, штуцеры входа сырьевого газа, штуцер выхода ретентата и штуцеры выхода пермеата имеют следующие отличительные особенности. Корпус содержит симметрично расположенные торцовые участки большего диаметра, сопряженные коническими переходными участками с центральным участком меньшего диаметра. При этом длина торцовых участков соответствует длине, ограниченной торцом корпуса и входной зоной мембранных картриджей, а внутренний диаметр центрального участка выполнен с возможностью обеспечения свободного монтажа/демонтажа мембранных картриджей до места уплотнения кольцевыми прокладками, после которого он уменьшен до размера обеспечивающего плотную посадку мембранных картриджей в корпусе. Штуцеры входа сырьевого газа расположены на торцовых участках корпуса перпендикулярно его продольной оси напротив входных зон мембранных картриджей, штуцеры выхода пермеата расположены на торцовых участках корпуса вблизи торцовых крышек перпендикулярно продольной оси корпуса.The problem is solved by the present invention, according to which, in the membrane gas separation module, such well-known features as a horizontally arranged cylindrical body, end caps, at least two membrane cartridges with inlet and shielded zones located inside the body are mirror-image relative to the central transverse axis and contain cylindrical bundles of hollow fibers, the ends of which are sealed in end fills so that on the end surface of the fill, near the end cover of the module, the ends of the sealed hollow fibers are open, and in the end filling on the opposite end of the cartridge at the center of the cartridge, the ends of the hollow fibers are completely sealed, the raw gas inlet fittings, the retentate outlet fitting and the permeate outlet fittings have the following distinctive features. The housing contains symmetrically located end sections of a larger diameter, conjugated by conical transition sections with a central section of a smaller diameter. At the same time, the length of the end sections corresponds to the length limited by the end face of the housing and the entrance zone of the membrane cartridges, and the inner diameter of the central section is configured to allow free installation / removal of the membrane cartridges to the place of sealing with ring gaskets, after which it is reduced to the size of which the membrane cartridges are tightly seated in case. The raw gas inlets are located on the end sections of the housing perpendicular to its longitudinal axis opposite the input zones of the membrane cartridges, permeate outlet fittings are located on the end sections of the housing near the end caps perpendicular to the longitudinal axis of the housing.

Технический результат, полученный от изобретения, заключается в уменьшении массогабаритных характеристик мембранного модуля и всего газоразделительного устройства в целом, а также в снижении трудоемкости работ при монтаже/демонтаже торцовых крышек корпуса мембранного модуля.The technical result obtained from the invention is to reduce the overall dimensions of the membrane module and the entire gas separation device as a whole, as well as to reduce the complexity of the work during installation / dismantling of the end caps of the membrane module housing.

Более подробно изобретение поясняется с помощью чертежа, на котором изображен общий вид мембранного газоразделительного модуля (продольный разрез).The invention is explained in more detail using the drawing, which shows a General view of the membrane gas separation module (longitudinal section).

Мембранный модуль включает цилиндрический корпус 1, торцовые крышки 2, штуцеры 3 входа сырьевого газа, штуцеры 4 выхода пермеата, штуцер 5 выхода ретентата. Внутри корпуса расположены зеркально относительно центральной поперечной оси, по меньшей мере, два мембранных картриджа 6. Корпус содержит симметрично расположенные торцовые участки 7 большего диаметра, сопряженные коническими переходными участками 8 с центральным участком 9 меньшего диаметра. Длина торцовых участков с большим диаметром соответствует длине, ограниченной торцом корпуса и входной зоной 14 мембранных картриджей 6. Внутренний диаметр центрального участка корпуса 9 соответствует внешнему диаметру экранированной зоны мембранных картриджей 6 и выполнен с возможностью обеспечения их свободного монтажа/демонтажа до места уплотнения кольцевыми прокладками 16, после которого внутренний диаметр центральной части корпуса уменьшен до оптимального размера, обеспечивающего плотную посадку мембранных картриджей в корпусе.The membrane module includes a cylindrical housing 1, end caps 2, fittings 3 of the feed gas inlet, fittings 4 of the permeate outlet, fitting 5 of the retentate outlet. At least two membrane cartridges 6 are mirrored relative to the central transverse axis inside the housing. The housing contains symmetrically located end sections 7 of a larger diameter, mated with conical transition sections 8 with a central section 9 of a smaller diameter. The length of the end sections with a large diameter corresponds to the length limited by the end of the housing and the inlet region 14 of the membrane cartridges 6. The inner diameter of the central portion of the housing 9 corresponds to the outer diameter of the shielded zone of the membrane cartridges 6 and is configured to ensure their free mounting / dismounting to the seal by ring gaskets 16 after which the inner diameter of the central part of the housing is reduced to the optimal size, ensuring a tight fit of the membrane cartridges in the housing.

Мембранные картриджи выполнены в виде пучков полых полимерных волокон 11, расположенных вокруг осевой перфорированной трубы 10 и своими концами загерметизированы в торцовых заливках 12 и 13. На торцовой поверхности заливки 12, расположенной возле торцовой крышки модуля, концы загерметизированных полых волокон открыты, а в торцовой заливке 13 на противоположном конце картриджа у центра модуля, концы полых волокон загерметизированы полностью. Мембранные картриджи имеют входную зону 14, расположенную в торцовых участках корпуса и экранированную зону 15, расположенную в центральном участке корпуса. Экранированная зона мембранного картриджа характеризуется наличием внешнего экрана, выполненного из непроницаемого материала, и закрыта фильтрационным полотном для улавливания механической пыли.Membrane cartridges are made in the form of bundles of hollow polymer fibers 11 located around an axial perforated pipe 10 and are sealed with their ends in the end faces 12 and 13. On the end surface of the end 12 located near the end cover of the module, the ends of the sealed hollow fibers are open, and in the end face 13 at the opposite end of the cartridge at the center of the module, the ends of the hollow fibers are completely sealed. Membrane cartridges have an input zone 14 located in the end sections of the housing and a shielded zone 15 located in the central portion of the housing. The shielded area of the membrane cartridge is characterized by the presence of an external screen made of impermeable material, and is covered by a filter cloth for trapping mechanical dust.

Корпус также содержит зоны входа сырьевого газа, сбора ретентата и пермеата. Зоны входа сырьевого газа образованы внутренней поверхностью корпуса в торцовых частях и каналами входа сырьевого газа из штуцеров 3. Зоны сбора пермеата образованы внутренней поверхностью корпуса в торцовых частях, торцовыми поверхностями заливок 12 картриджей с открытыми концами полых волокон и каналами выхода пермеата в штуцеры 4. Зона сбора ретентата образована внутренней полостью корпуса в центральной части, торцовыми поверхностями заливок 13 с закрытыми концами полых волокон и каналом выхода ретентата в штуцер 5.The housing also contains a zone of input of raw gas, the collection of retentate and permeate. The feed gas inlet zones are formed by the inner surface of the housing in the end parts and the raw gas inlet channels from the fittings 3. The permeate collection zones are formed by the inner surface of the housing in the end parts, the end surfaces of the fillings of 12 cartridges with open ends of hollow fibers and the permeate exit channels into the fittings 4. Zone the retentate collection is formed by the internal cavity of the housing in the central part, the end surfaces of the fillings 13 with the closed ends of the hollow fibers and the retentate exit channel into the nozzle 5.

Штуцеры 3 входа сырьевого газа расположены перпендикулярно продольной оси корпуса напротив входных зон 14 мембранных картриджей 6. Штуцеры 4 выхода пермеата расположены в торцовых участках корпуса перпендикулярно его продольной оси. Штуцер 5 выхода ретентата расположен в середине центрального участка корпуса перпендикулярно его продольной оси.The raw gas inlets 3 are located perpendicular to the longitudinal axis of the casing opposite the input zones 14 of the membrane cartridges 6. The permeate outlets 4 are located in the end sections of the casing perpendicular to its longitudinal axis. The retentate outlet fitting 5 is located in the middle of the central portion of the housing perpendicular to its longitudinal axis.

Уплотнение мембранных картриджей 6 с корпусом 1 в центральном участке выполнено с помощью кольцевых прокладок 16, а в торцовых участках с помощью кольцевых прокладок 17. На торцовых заливках 12 и 13 мембранных картриджей 6 выполнены проточки для размещения в них кольцевых прокладок 16 и 17 с соответствующими технологическими размерами под участки внутреннего диаметра корпуса в местах его уплотнений.The sealing of the membrane cartridges 6 with the housing 1 in the central section is performed using ring gaskets 16, and in the end sections using ring gaskets 17. On the end faces 12 and 13 of the membrane cartridges 6, grooves are made to accommodate the ring gaskets 16 and 17 with the corresponding technological dimensions for sections of the inner diameter of the housing in places of its seals.

В корпусе размещены упорные элементы 18, расположенные между торцовыми заливками 12 мембранных картриджей и торцовыми крышками 2. Упорные элементы могут быть выполнены, например, в виде цилиндрической втулки с соответствующим отверстием под канал выхода пермеата в штуцерах 4.Thrust elements 18 are located in the housing, located between the end fills 12 of the membrane cartridges and the end caps 2. The thrust elements can be made, for example, in the form of a cylindrical sleeve with a corresponding hole for the permeate outlet channel in the fittings 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сырьевой газ поступает в мембранный модуль через каналы штуцеров 3, расположенные на торцовых участках 7 корпуса напротив входных зон 14 мембранных картриджей 6 в зоны входа сырьевого газа, и распределяется в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью входной зоны мембранных картриджей 6. Далее сырьевой газ проникает внутрь картриджей между мембранными волокнами 11 и движется вдоль мембранных волокон, что обеспечивается наличием внешнего экрана, к противоположным концам картриджей. По мере движения сырьевого газа из него через мембраны внутрь волокон проникает часть потока (пермеата). Не проникший через мембраны газ (ретентат) через отверстия в центральных трубах 10 выходит из центральных патрубков картриджей в зону сбора, расположенную в центре корпуса, и выходит из мембранного модуля через канал штуцера 5 выхода ретентата. Пермеат свободно выходит через внутренние открытые отверстия мембранных волокон 11 в зоны сбора и удаляется из мембранного модуля через соответствующие каналы штуцеров 4, расположенные в торцовых частях корпуса перпендикулярно его продольной оси.The feed gas enters the membrane module through the channels of the fittings 3 located on the end sections 7 of the casing opposite the input zones 14 of the membrane cartridges 6 into the feed gas inlet zones and is distributed in the annular space between the inner surface of the casing and the outer surface of the input zone of the membrane cartridges 6. Next, the raw material gas penetrates into the cartridges between the membrane fibers 11 and moves along the membrane fibers, which is provided by the presence of an external screen, to the opposite ends of the cartridges. As the feed gas moves from it through the membrane, part of the flow (permeate) penetrates into the fibers. Not penetrated through the membrane gas (retentate) through openings in the central tubes 10 leaves the central nozzles of the cartridges in the collection zone located in the center of the housing and exits the membrane module through the channel of the retentate outlet 5. The permeate freely exits through the internal open holes of the membrane fibers 11 into the collection zones and is removed from the membrane module through the corresponding channels of the fittings 4 located in the end parts of the housing perpendicular to its longitudinal axis.

Кольцевые прокладки 16 и 17 кроме уплотнения выполняют функцию разграничения зон нахождения газовых потоков. Наличие кольцевых прокладок 16 исключает недопустимый переток сырьевого газа в зону сбора ретентата, минуя половолоконные мембраны, а кольцевые прокладки 17 не позволяют сырьевому газу, минуя половолоконные мембраны, проникать в зону сбора пермеата.O-rings 16 and 17 in addition to the seal perform the function of delimiting the zones of gas flows. The presence of ring gaskets 16 eliminates the unacceptable flow of raw gas into the retentate collection zone, bypassing the hollow fiber membranes, and ring gaskets 17 do not allow raw gas, bypassing the hollow fiber membranes, to penetrate the permeate collection zone.

При работе модуля в корпусе возникает большой перепад давления (до 10 МПа) между зонами входа сырьевого газа и зонами сбора пермеата, который может вызвать смещение мембранных картриджей 6 в сторону торцовых крышек 2, вследствие чего сырьевой газ будет поступать в каналы штуцеров 4, минуя половолоконные мембраны. Упорные элементы 18 предотвращают возможность смещения картриджей, позволяют выдерживать нагрузку от действия перепада давления и не препятствуют свободному прохождению потока пермета из зоны сбора в канал штуцера 4.When the module is operating in the housing, a large pressure drop (up to 10 MPa) occurs between the feed gas inlet zones and the permeate collection zones, which can cause the membrane cartridges 6 to shift toward the end caps 2, as a result of which the feed gas will enter the nozzle channels 4, bypassing the hollow fiber membranes. Thrust elements 18 prevent the possibility of displacement of the cartridges, can withstand the load from the action of differential pressure and do not impede the free passage of permeate flow from the collection zone to the channel of the fitting 4.

Расположение штуцеров выхода пермеата на торцовых участках корпуса исключает проведение трудоемких операций монтажа/демонтажа трубопроводов, присоединяемых к торцовой крышке корпуса при ее монтаже/демонтаже.The location of the permeate outlet fittings on the end sections of the housing eliminates the time-consuming installation / disassembly of pipelines attached to the end cap of the housing during its assembly / disassembly.

Расположение штуцеров входа сырьевого газа согласно настоящему изобретению обеспечивает подачу исходного потока сразу непосредственно во входную зону каждого мембранного картриджа, что значительно сокращает объем зоны входа сырьевого газа и исключает необходимость наличия большого кольцевого канала (как у прототипа) между экранированной зоной картриджей и внутренней поверхностью корпуса. Это позволяет центральную часть корпуса, в которой расположена экранированная зона картриджей, выполнить с уменьшением диаметра до необходимых геометрических параметров, одновременно обеспечивающих свободный монтаж/демонтаж мембранных картриджей и их плотную посадку в месте уплотнения, что приводит к уменьшению массогабаритных параметров.The location of the raw gas inlet fittings according to the present invention provides a feed stream immediately directly to the inlet zone of each membrane cartridge, which significantly reduces the volume of the raw gas inlet zone and eliminates the need for a large annular channel (like the prototype) between the shielded zone of the cartridges and the inner surface of the housing. This allows the central part of the housing, in which the shielded zone of the cartridges is located, to be performed with a reduction in diameter to the necessary geometric parameters, while simultaneously providing free assembly / disassembly of the membrane cartridges and their tight fit in the seal, which leads to a decrease in weight and size parameters.

Уплотнения мембранных картриджей с корпусом, выполненные с применением кольцевых прокладок, имеют следующие преимущества. Кольцевые прокладки 16 значительно упрощают конструкцию мембранного модуля (по сравнению с прототипом), так как исключают применение более сложных по конструкции и сборке деталей, например втулки, что позволяет выполнить в мембранных картриджах выходной патрубок ретентата заподлицо с торцовой поверхностью картриджа. В результате сокращается зона сбора ретентата, что также приводит к уменьшению длины модуля.Seals of membrane cartridges with a housing made using ring gaskets have the following advantages. The annular gaskets 16 greatly simplify the design of the membrane module (compared to the prototype), since they exclude the use of parts more complex in design and assembly, for example, a sleeve, which allows the retentate outlet pipe to be flush with the end surface of the cartridge in the membrane cartridges. As a result, the retentate collection area is reduced, which also leads to a reduction in module length.

Также к положительным факторам следует отнести то, что выполнение мембранного газоразделительного модуля с расположением конструктивных элементов согласно настоящему изобретению позволяет рационально организовать распределение потоков газа, способствующее максимальному использованию рабочей поверхности мембранных картриджей, это повышает эффективность работы устройства.Also positive factors include the fact that the implementation of the membrane gas separation module with the arrangement of structural elements according to the present invention allows to rationally organize the distribution of gas flows, contributing to the maximum use of the working surface of the membrane cartridges, this increases the efficiency of the device.

Все признаки настоящего изобретения могут быть реализованы в конкретные конструктивные элементы (детали, сборочные единицы) мембранного газоразделительного модуля с использованием традиционных технологий изготовления трубопроводов и аппаратов.All the features of the present invention can be implemented in specific structural elements (parts, assembly units) of the membrane gas separation module using traditional technologies for the manufacture of pipelines and apparatuses.

Предлагаемый мембранный модуль прост по конструкции, технологичен в изготовлении, позволяет без существенных дополнительных затрат обеспечить эффективность извлечения гелия из природного газа.The proposed membrane module is simple in design, technologically advanced to manufacture, and without significant additional costs can ensure the efficiency of the extraction of helium from natural gas.

Данное техническое решение может быть реализовано в конструкциях модулей, работающих в составе блочного оборудования установок мембранного выделения гелиевого концентрата на нефтегазоконденсатных месторождениях.This technical solution can be implemented in the construction of modules operating as part of the block equipment of membrane separation units for helium concentrate in oil and gas condensate fields.

Однако необходимо добавить, что данное изобретение не ограничивается применением только для извлечения гелия из природного газа и может успешно использоваться в оборудовании и технологических процессах, где возникает необходимость разделить газовую смесь с любым другим компонентным составом.However, it must be added that this invention is not limited to use only for the extraction of helium from natural gas and can be successfully used in equipment and processes where it becomes necessary to separate the gas mixture with any other component composition.

В настоящее время на предлагаемое техническое решение мембранного модуля разработана проектная документация, проведены расчеты основных геометрических и технологических параметров.Currently, the design documentation for the proposed technical solution of the membrane module has been developed, and the basic geometric and technological parameters have been calculated.

Таким образом, изобретение решает поставленную задачу усовершенствования конструкции единичного мембранного газоразделительного модуля и обеспечивает указанный технический результат, что в итоге позволяет значительно сократить металлоемкость, снизить материальные затраты на изготовление устройства и эксплуатационные расходы.Thus, the invention solves the task of improving the design of a single membrane gas separation module and provides the specified technical result, which ultimately can significantly reduce the metal consumption, reduce material costs for the manufacture of the device and operating costs.

Claims (1)

Мембранный газоразделительный модуль, включающий горизонтально расположенный цилиндрический корпус, торцовые крышки, по меньшей мере, два мембранных картриджа с входной и экранированной зонами, расположенные внутри корпуса зеркально относительно центральной поперечной оси и содержащие цилиндрические пучки полых волокон, концы которых загерметизированы в торцовых заливках таким образом, что на торцовой поверхности заливки, расположенной возле торцовой крышки модуля, концы загерметизированных полых волокон открыты, а в торцовой заливке на противоположном конце картриджа у центра корпуса концы полых волокон загерметизированы полностью, штуцеры входа сырьевого газа, штуцер выхода ретентата и штуцеры выхода пермеата, отличающийся тем, что корпус содержит симметрично расположенные торцовые участки большего диаметра, сопряженные коническими переходными участками с центральным участком меньшего диаметра, при этом длина торцовых участков соответствует длине, ограниченной торцом корпуса и входной зоной мембранных картриджей, а внутренний диаметр центрального участка выполнен с возможностью обеспечения свободного монтажа/демонтажа мембранных картриджей до места уплотнения кольцевыми прокладками, после которого он уменьшен до размера, обеспечивающего плотную посадку мембранных картриджей в корпусе, штуцеры входа сырьевого газа расположены на торцовых участках корпуса перпендикулярно его продольной оси напротив входных зон мембранных картриджей, штуцеры выхода пермеата расположены на торцовых участках корпуса вблизи торцовых крышек перпендикулярно продольной оси корпуса. A membrane gas separation module, including a horizontally arranged cylindrical body, end caps, at least two membrane cartridges with inlet and shielded zones, located inside the body mirrored relative to the central transverse axis and containing cylindrical bundles of hollow fibers, the ends of which are sealed in the end faces in such a way that on the end surface of the filling, located near the end cover of the module, the ends of the sealed hollow fibers are open, and in the end hall on the opposite end of the cartridge at the center of the housing, the ends of the hollow fibers are completely sealed, raw gas inlet fittings, retentate outlet fitting and permeate outlet fittings, characterized in that the housing contains symmetrically located end sections of a larger diameter, conjugated by conical transition sections with a central section of a smaller diameter, the length of the end sections corresponds to the length limited by the end of the housing and the entrance zone of the membrane cartridges, and the inner diameter of the central section and made with the possibility of free mounting / dismounting of the membrane cartridges to the place of sealing with ring gaskets, after which it is reduced to a size that ensures a tight fit of the membrane cartridges in the housing, the raw gas inlets are located on the end sections of the housing perpendicular to its longitudinal axis opposite to the entrance zones of the membrane cartridges , permeate outlet fittings are located on the end sections of the housing near the end caps perpendicular to the longitudinal axis of the housing.
RU2015121552/05A 2015-06-05 2015-06-05 Membrane gas-separating module RU2595699C1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121552/05A RU2595699C1 (en) 2015-06-05 2015-06-05 Membrane gas-separating module
US15/526,278 US9987596B2 (en) 2015-06-05 2015-12-09 Membrane gas separation module
JP2017545849A JP6467518B2 (en) 2015-06-05 2015-12-09 Membrane gas separation module
CA2962256A CA2962256C (en) 2015-06-05 2015-12-09 Hollow fiber gas separation module having body with conical transition sections
PCT/RU2015/000863 WO2016195535A1 (en) 2015-06-05 2015-12-09 Membrane gas separation module
CN201580074117.7A CN107206310B (en) 2015-06-05 2015-12-09 Gas membrane separation module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121552/05A RU2595699C1 (en) 2015-06-05 2015-06-05 Membrane gas-separating module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2595699C1 true RU2595699C1 (en) 2016-08-27

Family

ID=55586372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015121552/05A RU2595699C1 (en) 2015-06-05 2015-06-05 Membrane gas-separating module

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9987596B2 (en)
JP (1) JP6467518B2 (en)
CN (1) CN107206310B (en)
CA (1) CA2962256C (en)
RU (1) RU2595699C1 (en)
WO (1) WO2016195535A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181320U1 (en) * 2018-02-14 2018-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ВЭЛТЕКС" Membrane gas separation module
RU181318U1 (en) * 2017-03-13 2018-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕКОН МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" Membrane gas separation module

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562873C1 (en) * 2014-06-27 2015-09-10 Публичное акционерное общество "Газпром" Drying pipeline inside
CN109069970B (en) * 2016-04-07 2021-08-10 恩特格里斯公司 Gas filter to be mounted on a gas panel for semiconductor manufacturing operations
RU171611U1 (en) * 2017-02-15 2017-06-07 Акционерное Общество "Грасис" Gas separation membrane module

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010227837A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Toray Ind Inc Hollow fiber membrane module
RU115239U1 (en) * 2011-12-15 2012-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE
RU120372U1 (en) * 2011-12-15 2012-09-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATION UNIT
RU139442U1 (en) * 2013-12-04 2014-04-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE
RU143423U1 (en) * 2014-02-14 2014-07-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE
RU149982U1 (en) * 2014-07-18 2015-01-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" DEVICE FOR CLEANING THE GAS MIXTURE

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3503515A (en) * 1968-10-03 1970-03-31 Du Pont Permeation separatory apparatus
AU516562B2 (en) * 1977-04-08 1981-06-11 Dow Chemical Company, The Hollow fibre separatory device
US4961760A (en) * 1989-02-09 1990-10-09 The Dow Chemical Company Hollow fiber membrane fluid separation device adapted for boreside feed
US5013437A (en) * 1989-10-30 1991-05-07 The Dow Chemical Company Hollow fiber membrane fluid separation device adapted for boreside feed which contains multiple concentric stages
US5411662A (en) * 1994-02-25 1995-05-02 Praxair Technology, Inc. Fluid separation assembly having an purge control valve
US5470469A (en) * 1994-09-16 1995-11-28 E. I. Du Pont De Nemours And Company Hollow fiber cartridge
AU5756700A (en) * 1999-06-21 2001-01-09 General Hospital Corporation, The Cell culture systems and methods for organ assist devices
KR100523778B1 (en) * 2000-07-10 2005-10-27 아사히 가세이 가부시키가이샤 Hollow fiber membrane cartridge, and hollow fiber membrane module and tank type filtration apparatus which use the cartridge
KR100354613B1 (en) * 2001-11-06 2002-10-11 박헌휘 Repairable immersed hollow fiber membrane module
AU2003220774A1 (en) * 2002-04-03 2003-10-27 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Hollow fiber membrane module
JP4346340B2 (en) * 2003-04-22 2009-10-21 株式会社クボタ Operation method of coagulation filtration processing device
US20050121391A1 (en) * 2003-09-26 2005-06-09 Koch David H. Reinforced filtration cartridge and method of making same
US7273549B2 (en) * 2004-01-23 2007-09-25 Geoscience Support Services Inc. Membrane contactor apparatus including a module having hollow fiber membranes
US7338601B2 (en) * 2004-12-10 2008-03-04 Uop Llc Membrane separation assemblies
US7534349B2 (en) * 2005-09-02 2009-05-19 Nephros, Inc. Dual stage ultrafilter devices in the form of portable filter devices, shower devices, and hydration packs
US7943371B1 (en) * 2006-10-12 2011-05-17 Cleveland Medical Devices Inc. System and testing biological and chemical agents using two or more cartridges simulating systems in the body and methods
WO2008081877A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Ube Industries, Ltd. Shell feed type gas separation membrane module
JP5484659B2 (en) * 2007-06-27 2014-05-07 三菱レイヨン株式会社 Water purification cartridge and water purifier
US8790517B2 (en) * 2007-08-01 2014-07-29 Rockwater Resource, LLC Mobile station and methods for diagnosing and modeling site specific full-scale effluent treatment facility requirements
US8876945B2 (en) * 2009-08-17 2014-11-04 Celgard, Llc High pressure liquid degassing membrane contactors and methods of manufacturing and use
US9446354B2 (en) * 2010-08-25 2016-09-20 Repligen Corporation Device, system and process for modification or concentration of cell-depleted fluid
US9718023B2 (en) * 2010-11-04 2017-08-01 Ube Industries, Ltd. Gas separation membrane module and gas separation method
US9084962B2 (en) * 2011-06-08 2015-07-21 The Boeing Company Fluid separation assembly and method
JP2015508322A (en) * 2011-09-12 2015-03-19 セルガード エルエルシー Improved contactors, cartridges, components, systems, and related methods
JP5966757B2 (en) * 2012-08-17 2016-08-10 宇部興産株式会社 Gas separation membrane module and hollow fiber element replacement method
US9623164B2 (en) * 2013-02-01 2017-04-18 Medtronic, Inc. Systems and methods for multifunctional volumetric fluid control
JP2016524533A (en) * 2013-06-12 2016-08-18 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＥｖｏｎｉｋ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ Membrane cartridge system
TW201628694A (en) * 2013-06-21 2016-08-16 三菱麗陽股份有限公司 Water purifier and water purifier cartridge
US9339768B2 (en) * 2013-08-23 2016-05-17 3M Innovative Properties Company Multi-cartridge membrane contactors, modules, systems, and related methods
US10099181B2 (en) * 2015-08-17 2018-10-16 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Hollow fiber membrane module

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010227837A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Toray Ind Inc Hollow fiber membrane module
RU115239U1 (en) * 2011-12-15 2012-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE
RU120372U1 (en) * 2011-12-15 2012-09-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATION UNIT
RU139442U1 (en) * 2013-12-04 2014-04-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE
RU143423U1 (en) * 2014-02-14 2014-07-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" MEMBRANE GAS SEPARATING MODULE
RU149982U1 (en) * 2014-07-18 2015-01-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" DEVICE FOR CLEANING THE GAS MIXTURE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181318U1 (en) * 2017-03-13 2018-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕКОН МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" Membrane gas separation module
RU181320U1 (en) * 2018-02-14 2018-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ВЭЛТЕКС" Membrane gas separation module

Also Published As

Publication number Publication date
CN107206310B (en) 2020-06-12
US20170341029A1 (en) 2017-11-30
CA2962256A1 (en) 2016-12-08
JP6467518B2 (en) 2019-02-13
US9987596B2 (en) 2018-06-05
CA2962256C (en) 2020-03-10
WO2016195535A1 (en) 2016-12-08
CN107206310A (en) 2017-09-26
JP2017535427A (en) 2017-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2595699C1 (en) Membrane gas-separating module
US7510594B2 (en) Gas separation membrane module assembly
EP1603680B1 (en) Method for separating gas mixtures
US7758670B2 (en) Four-port gas separation membrane module assembly
US7918921B2 (en) Gas separation membrane module assembly with residue manifold
US4670145A (en) Multiple bundle fluid separation apparatus
US7404843B2 (en) Gas separation membrane module assembly
RU2707515C2 (en) New cartridges and modules for separation of fluids
CN103237834B (en) Solid/fluid discrete device with include that solid/fluid separates for the method processing biomass
US4746430A (en) Fluid separation module
US7338601B2 (en) Membrane separation assemblies
KR102502797B1 (en) Flexible adjustable membrane cartridges for separation of fluids
US20160207005A1 (en) Self supporting structure for membrane crossflow cartridges
DE3687520T2 (en) HOUSING END WITH THREAD.
US20050172810A1 (en) Filter element and mounting method
KR102512692B1 (en) Gas Separation Membrane Modules for Reactive Gas Service
CN104597209B (en) Monoblock type gas sample gas processing means in situ
WO2017100422A1 (en) Apparatus and method for fluid separation and oil and gas production system and method comprising the same
WO2020104453A1 (en) Device for separating components of a gas mixture
KR101160342B1 (en) Hollow fibers membrane module
RU171611U1 (en) Gas separation membrane module
US11918956B2 (en) Membrane module
CN109057769A (en) A kind of novel gas well mouth tubular circulation eddy flow dehydration device
CN208599971U (en) A kind of gas well mouth tubular type parallel connection outer circulation eddy flow dehydration device
CN208599327U (en) A kind of gas well mouth tubular type series connection outer circulation eddy flow dehydration device